在探究加速度与力、质量的关系实验中,采用如图1所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用M表示,盘及盘中砝码的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出.
(1)当M与m的大小关系:___________满足时,才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力.
(2)某同学保持小车的质量不变,改变盘中砝码的质量,根据所得数据,在如图2所示坐标系中作出a-F图象.图线存在截距,其原因是 :________________________.
(3)如图3所示为某同学在做实验时由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带,纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0.10 s,其中x1=7.05 cm、x2=7.68 cm、x3=8.33 cm、x4=8.95 cm 、 x5=9.61 cm、x6=10.26 cm,则A点处瞬时速度的大小是________m/s,加速度的大小是________m/s2(计算结果保留两位有效数字).
平衡摩擦力不充分或没有平衡摩擦力 0.86 0.64
【解析】
(1)以整体为研究对象有,解得:,以M为研究对象有绳子的拉力,显然要有F=mg,必有m+M=M,故有,即只有时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力.(2)图中有拉力时没有加速度,说明平衡摩擦力不充分或没有平衡摩擦力.(3)根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,则A点的速度为,根据匀变速直线运动的推论公式,得加速度,代入数据得:.
【点睛】先以整体为研究对象求出整体的加速度,再以M为研究对象求出绳子的拉力,通过比较绳对小车的拉力大小和盘和盘中砝码的重力的大小关系得出只有时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力.根据匀变速直线运动的推论公式可以求出加速度的大小,根据匀变速直线运动中间时刻的速度等于该过程中的平均速度,可以求出打纸带上A点时小车的瞬时速度大小.
定义:
在匀变速直线运动中,速度的变化量Δv跟发生这个变化所用时间Δt的比值,叫做匀变速直线运动的加速度,用a表示。加速度即速度的变化率。
物理意义:
加速度是表示速度变化的快慢与改变方向的物理量。
公式:
,加速度的国际制单位是米每二次方秒,符号m/s2。
方向:
与速度变化Δv的方向一致,但不一定与v的方向一致,从加速度的产生上来说,加速度的方向与合外力的方向相同。
方法与知识感悟:
加速度、速度与速度变化率的区别和理解:
①加速度是描述速度变化快慢的物理量,不是描述速度大小的物理量,所以与速度的大小没有必然联系
②加速度实质是由物体的受力和物体的质量决定的.从运动学的角度来看,加速度由速度的变化与变化所用时间的比值来量度,说明加速度不是仅仅由速度的变化决定的;
③加速度的方向与速度的方向没有必然联系,但与速度变化的方向一致,其实质是与物体所受到的合外力方向一致.
④加速度即速度的变化率.速度的变化量大,速度的变化率不一定大,速度达最大时,速度的变化率可为零。
例:
在变速直线运动中,下面关于速度和加速度关系的说法,正确的是( )
A.加速度与速度无必然联系
B.速度减小时,加速度也一定减小
C.速度为零时,加速度也一定为零
D.速度增大时,加速度也一定增大
答案:A
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